關 閉

新聞中心

EEPW首頁 > 工控自動化 > 設計應用 > 基于PIC16F873單片機的步進電機控制系統(tǒng)

基于PIC16F873單片機的步進電機控制系統(tǒng)

作者: 時間:2011-05-27 來源:網(wǎng)絡 收藏

  24 硬件電路抗干擾設計

  241 PCB的抗干擾設計

  (1)當集成電路在工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時,其工作電流的變化很大。集成電路電源線的電感會阻止電流的瞬態(tài)變化,從而影響集成電路的響應速度。與此同時集成電路芯片的瞬態(tài)變化電流流過環(huán)路面積較大電源線路時,將會產(chǎn)生較為強烈的對外輻射噪聲。由于各集成電路很可能會流經(jīng)相同的線路,在此線路上存在較大的公共阻抗,從而產(chǎn)生較嚴重的阻抗耦合干擾。除電源系統(tǒng)輸出端采用電解電容與高頻瓷片電容并聯(lián)去耦外,還應包括MCU與數(shù)字集成電路去耦、電源走線末端去耦等措施。具體做法如下:電源輸入端接10~100μF的電解電容。在集成電路的電源輸入端和接地端之間接0.01μF陶瓷電容。在VCC與電源地之間安放一個O.1μF的瓷片去耦電容。

  (2)合理布線是提高系統(tǒng)抗干擾的最主要措施。電源系統(tǒng)在PCB上的走線較長,當電磁噪聲感應到電源系統(tǒng),將可能導致系統(tǒng)內(nèi)諸如觸發(fā)器、反向器等電路的狀態(tài)改變,從而使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。另一方面,電源系統(tǒng)上產(chǎn)生的快變大電流,也可能產(chǎn)生電磁能量的發(fā)送。設計時可按下列原則布線:電源線盡可能與地線平行,以減小供電環(huán)路面積,減小電源噪聲的產(chǎn)生。對大電流的走線,盡可能將它們的寬度加粗,使傳輸壓降減到最低。將不同電路功能區(qū)域的地分開走線,最后匯到主接觸地點。數(shù)字地與模擬地應分開布線、單點連接。

 2.4.2 驅(qū)動電路的抗干擾設計

  為了防止產(chǎn)生的噪聲引起干擾,將定時控制電路和控制電路分成2塊電路板,這樣有利于抗干擾,并提高電控板的可靠性。電機驅(qū)動信號由智能運算后加至電機驅(qū)動器,通過電平轉(zhuǎn)換芯片輸出。MCU的幾個輸出端口加接的光電耦合電路“耦合”兩邊的“地”分割開來。電機的電源引線不要和其他引線捆扎在一起,避免繞過或覆蓋電控板上的元器件而產(chǎn)生對復位信號的干擾,引起死機。

  3 軟件設計

  31 加減速優(yōu)化設計

  311 指數(shù)型加減速優(yōu)化控制方法

  電機運行時一定滿足動力學方程:

  式中:θ為步距角;J為轉(zhuǎn)動慣量;Tl為負載轉(zhuǎn)矩;Tm為輸出轉(zhuǎn)矩;f為頻率。

  每個頻率下的最大輸出力矩可以由電機矩頻特性曲線得到,但是一般的矩頻特性曲線是整體呈下降趨勢的非線性曲線,不便于計算;所以在一定的頻率范圍內(nèi),采用直線來近似擬合它的特性,得到電機的輸出轉(zhuǎn)矩與頻率的關系:

  這種近似的關系要根據(jù)電機自身的矩頻特性曲線和一定頻率范圍內(nèi)曲線的特性來確定。Tm0為電機的最大轉(zhuǎn)矩,α為擬和直線的斜率。對于不同的電機和在不同的頻率范圍內(nèi),也可用二次函數(shù)或其他的函數(shù)近似表示它們之間的關系。利用直線擬合矩頻特性,通過牛頓跌代法和Matlab中的m-file編程,可計算得到加減速運行時每步所走的速度臺階,即電機的指數(shù)型加減速運行曲線。

  312 提出新優(yōu)化方法

  由上面的理論方法得到的理論加減速曲線,對于負載比較大的系統(tǒng),所需的加減速臺階數(shù)過多,過程復雜,消耗了大量的系統(tǒng)資源,同時電機也出現(xiàn)了明顯的失步情況,其原因在于每個速度只運行一步,還沒有完全穩(wěn)定就運行到更高的速度,從而造成了系統(tǒng)的不穩(wěn)定。通過在實際工作中的經(jīng)驗,提出了一種升降速曲線的優(yōu)化方法:電機的加減速趨勢采用理論計算得到的指數(shù)加減速曲線趨勢;上升和下降的臺階數(shù)分別取相應的理論優(yōu)化曲線的一半,然后每個上升臺階走5步,每個下降臺階走3步,這樣就可以保證電機正常運行,而且有較快的速度,同時減少了運行的臺階數(shù),使曲線更簡單;同時即使負載有少量的變化,電機也可以正常運行,使系統(tǒng)的魯棒性更好。

  32 軟件中的抗干擾設計

  321 “看門狗程序

  采用“看門狗”程序,防止單片機系統(tǒng)因干擾而產(chǎn)生持續(xù)異常甚至導致元器件和外圍部件的損壞。“看門狗”必須在開機復位后,初始化前被激活,并且必須設置在主程序中,盡量避免放在中斷程序或子程序中。

  322 標志檢測程序

  單片機系統(tǒng)受干擾而導致出錯后,若無法自動恢復,通常是由于RAM區(qū)數(shù)據(jù)被破壞的緣故。因此,可以利用數(shù)據(jù)RAM單元,設置檢驗標志,應用程序定期檢查各標志位,若標志正確,相應功能程序繼續(xù)運行;否則,進入初始化程序。

  323 未使用存儲器與中斷地址的處理程序

  若程序計數(shù)器出錯而跳轉(zhuǎn)到MCU的未用程序存儲器空間,程序?qū)凑掌渲械闹噶畲a運行,會產(chǎn)生異常。處理辦法有2種:填寫軟件中斷指令,程序計數(shù)器落人該區(qū)域時,產(chǎn)生軟件中斷,將程序?qū)腩A定的程序入口地址;填寫空操作指令,并最終跳轉(zhuǎn)到初始化程序。

  33 模塊化結構設計

  軟件部分采用模塊化結構設計。對步進電機轉(zhuǎn)速的控制是通過定時器工作在中斷方式實現(xiàn)的。定時器定時中斷產(chǎn)生周期性脈沖序列,不是采用軟件延時的方式,這樣不占用MCU的時間。MCU在非中斷時間內(nèi)可以處理其他事件,只有在中斷發(fā)生時才驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動一步。根據(jù)步進電機勵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換,采用查表法求出所需的輸出狀態(tài),并以二進制碼的形式依次存人單片機內(nèi)部的存儲器中,然后按照正向或反向順序依次取出地址的狀態(tài)字,送給的RA1,RA2,RA3,RA4,輸出各勵磁狀態(tài),經(jīng)放大電路驅(qū)動步進電機,從而實現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。程序總體框架包括3部分:主程序、過流檢測中斷服務子程序、定時器中斷服務子程序、以及其他子程序(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)子程序、鍵盤顯示控制子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序等),由于篇幅限制,在此不再贅述。

  4

  在電機開發(fā)過程中,如果恰當?shù)剡x取單片機的型號及各個電路模塊,則一定能夠簡化設計過程,起到事半功倍的效果。該步進電機采用PIC1 6F873單片機,工作方式、轉(zhuǎn)動速率及轉(zhuǎn)矩數(shù)可以通過鍵盤輸入,也可通過普通旋鈕以及上位機調(diào)節(jié)。鍵盤與LED控制部分采用具有SPI接口的ZLG7289實現(xiàn),簡化了硬件電路。采用硬件、軟件抗干擾技術措施和一種升降速曲線的優(yōu)化方法,解決了步進電機在升降速過程中,脈沖頻率的變化不合理,使系統(tǒng)無法做到精確定位的問題。系統(tǒng)工作可靠,具有通用性,適當改變輸出口各位控制端,便可控制不同相數(shù)的步進電機。


上一頁 1 2 下一頁

評論


相關推薦

技術專區(qū)

關閉